Sturmebben in der Tideelbe im Klimawandel

Sturmebbe in der HafenCity (HafenCity Zeitung | Michael Baden)

In einer Zusammenarbeit von BAW und BSH im Rahmen des BMDV-Expertennetzwerk Themenfeld 1 wurden Ereignisse untersucht, die im Allgemeinen eher weniger Beachtung finden: „Sturmebben“. Mit diesem von uns verwendeten inoffiziellen Begriff meinen wir das Gegenteil von Sturmfluten, somit also besonders niedrige Wasserstände, welche durch starken ablandigen Wind entstehen. Während dieser Ereignisse kann es zu Einschränkungen des Schiffsverkehrs der in den Ästuaren (tidebeeinflussten Flussmündungen) verlaufenden Bundeswasserstraßen kommen. Außerdem können extrem niedrige Tideniedrigwasserstände die Standfestigkeit von Uferbauwerken gefährden, sodass das NNTnw (niedrigster bekannter Tideniedrigwasserstand) als ein zu berücksichtigender Bemessungsparameter für viele Bauwerke herangezogen wird. Das Fokusgebiet der Untersuchung ist das Elbeästuar, ein wichtiger Verkehrsweg, in dem sich mit dem Hamburger Hafen der größte deutsche Seehafen und drittgrößte Containerhafen Europas befindet.

Ziel der Untersuchung war es herauszufinden, welchen Einfluss der Klimawandel in Zukunft auf Sturmebben haben könnte. Der Klimawandel kann Sturmebben zukünftig hinsichtlich mehrerer Prozesse beeinflussen:  durch eine Veränderung der Wetterlagen- und Abflussverhältnisse sowie den globalen mittleren Meeresspiegelanstieg (SLR) (IPCC 2021). Der SLR wird die Wasserstände in der Deutschen Bucht und der Tideelbe anheben und die Tidedynamik verändern, was wiederum zu einer Veränderung der Watttopographie führen kann. Die Wattgebiete in der Deutschen Bucht haben somit das Potential, zumindest anteilig mit dem SLR mitzuwachsen. Ein mögliches verändertes Niederschlagsverhalten im Einzugsgebiet der Elbe beeinflusst den Abfluss in die Tideelbe, welcher wiederum Einfluss auf die Wasserstände hat. Einige mögliche Einflussfaktoren auf Ästuare der Deutschen Bucht im Klimawandel sind in der nachfolgenden Abbildung skizziert.

Ästuar im Klimawandel (BAW)

Welche Wetterlagen Sturmebben in der Tideelbe begünstigen, und wie sich diese Wetterlagenverhältnisse in Zukunft durch den Klimawandel verändern könnten, wurde im Rahmen des Expertennetzwerkes vom Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie (BSH) untersucht, während an der BAW die Wirkung möglicher klimawandelbedingter Änderungen der drei Einflussfaktoren Abfluss, SLR und Wattwachstum auf extrem niedrige Tideniedrigwasserstände während Sturmebben in der Tideelbe untersucht wurde. Um die Wirkung dieser drei Einflussfaktoren zu untersuchen, wurde ein hydrodynamisch-numerisches Modell verwendet. Dieses umfasst das Gebiet der gesamten Deutschen Bucht von Terschelling in den Niederlanden bis Hvide Sande in Dänemark sowie die Ästuare von Ems, Weser und Elbe:

Deutsche Bucht Modell (BAW)

Es wurde eine Sturmebben-Kette aus dem Jahr 2018 und eine Sturmebben-Kette aus dem Jahr 1987 mit dem Modell simuliert.  Dabei wurden sowohl der Referenzzustand, als auch verschiede Abfluss-, SLR- und Topographieszenarien untersucht.

Im Fokus der Auswertungen lag hierbei der niedrigste Tideniedrigwasserstand (NTnw) am Pegel St. Pauli. Dieser Pegel ist charakteristisch für den Hamburger Hafen. Die Simulationsergebnisse zeigen, dass der NTnw durch den SLR ansteigt, jedoch nicht in vollem Maße des eingesteuerten SLR. Bei den untersuchten Szenarien mit 10, 30, 50, 80 und 110 cm SLR ohne sowie mit vollständigem Wattwachstum steigt das NTnw 2018 bei St. Pauli um 84-94 %, bezogen auf den jeweiligen SLR. Die Rolle des Abflusses hängt von dessen Stärke ab. Je höher der Abfluss, desto größer ist der Einfluss auf die Wasserstände am Pegel St. Pauli. Bei einem Abfluss von mehr als 1000 m³/s liegt der Einfluss auf das NTnw der Sturmebbe 2018 bei etwa 2,3 cm pro 100 m³/s. Würde das meteorologische Ereignis 1987 bei heutiger Topographie, heutigem mittleren Meeresspiegel und niedrigerem Abfluss (400 m³/s) noch einmal auftreten, so könnte, auf Basis der Modellergebnisse, das bisherige NNTnw am Pegel St. Pauli um ca. 30 cm untertroffen werden.

Vorläufige Ergebnisse des BSH (Jensen et. al. In prep.) deuten darauf hin, dass Sturmebben begünstigende Wetterlagen im Klimawandel zukünftig seltener werden.  

Nach diesen Erkenntnissen wird es im Klimawandel, insbesondere durch den Meeresspiegelanstieg, langfristig zu einer geringeren Beeinträchtigung durch Sturmebben in der Tideelbe kommen. In naher Zukunft können jedoch bisherige extrem niedrige Wasserstände in der Tideelbe untertroffen werden, bevor die Wirkung des Meeresspiegelanstiegs überwiegt.

Genauere Informationen zu den verwendeten Daten, Methoden und Ergebnissen können in dem vor kurzem erschienen gemeinsamen Bericht „Sturmebben in der Tideelbe im Klimawandel“  (https://doi.org/10.18451/expn_2022_01) nachgelesen werden.

Referenzen:

IPCC (2021) Summary for Policymakers. In: Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Intergovernmental Panel on Climate

Jensen et. al. (in prep.)  Negative storm surges in the Elbe estuary – Large-scale meteorological conditions and future climate change. In: atmosphere.


Anwender-Workshop im BMDV-Expertennetzwerk

Forschende freuen sich, wenn ihre Ergebnisse Verwendung finden. Damit Forschung kein Selbstzweck bleibt, wird auch im Rahmen des BMDV-Expertennetzwerkes dem Austausch mit Anwendern ein hoher Stellenwert eingeräumt.

So hat auch die BAW am Vormittag des 16.05.2022 mit 15 Vertretern aus GDWS und BAW einen virtuellen Anwenderworkshop veranstaltet. Vorgestellt wurden Werkzeuge, die zur Priorisierung von Instandhaltungsmaßnahmen verwendet werden können. Entstanden sind sie im Rahmen des Arbeitspakets 4 des Schwerpunktthemas 302 im BMDV-Expertennetzwerk.

Ist denn eine Priorisierung von Instandhaltungsmaßnahmen wirklich erforderlich und sinnvoll? Die Überlagerung von Bauwerksalter, Bauwerkszustand und zur Verfügung stehenden Ressourcen wie Personal, Geld und Zeit lassen keinen Zweifel daran. Die Teilnehmer bestätigten dies aus Sicht der Praxis. Die aktuelle Vorgehensweise wurde als Feuerwehrstrategie bezeichnet, bei der nur die Bauwerke instandgesetzt werden, bei denen ein zeitnaher Ausfall erwartet wird. Also müssen Modelle und Kennzahlen her, die Entscheidern bei erforderlichen Entscheidungen helfen können und die WSV perspektivisch zu einer vorausschauenden Instandhaltung bringen.

Filigrane Lebenszyklusmodelle zum Infrastrukturmanagement sind sehr datenhungrig, die Datenbeschaffung stellt dann häufig ein Problem dar. In einem ersten Teil des Projektes hat die BAW daher versucht, vorhandene Daten der Bauwerksinspektion besser zu nutzen und daraus weitere Kennzahlen zu generieren. Bereits etabliert sind Zustands- und Teilnoten, die über die von Schäden betroffenen Bauteile aggregierte Kennzahlen berechnen. Mit einer Adaption der FMEA-Methodik, üblicherweise im industriellen Produktionsbereich eingesetzt, können diese Noten geschärft werden. Es entstehen modifizierte Noten, die zeigen, inwieweit die Tragfähigkeit, die Gebrauchstauglichkeit und die Dauerhaftigkeit von den entdeckten Schäden betroffen ist. Defizite im Bereich der Tragfähigkeit können weitreichende Konsequenzen bis hin zum Bauwerksversagen haben. Es macht daher Sinn, Bauwerke mit einer entsprechenden Benotung prioritär zu behandeln, mindestens im Hinblick auf weitere Untersuchungen, unter Umständen aber auch im Hinblick auf erforderliche Maßnahmen.

Modifizierte Zustandsnoten

Aber auch die modifizierten Noten führen weiterhin zu einer Gruppierung der Bauwerke, viele Bauwerke haben die gleiche modifizierte Note. Gibt es auch die Möglichkeit, weitere Kriterien bei einer Priorisierung zu berücksichtigen, um zu einer tatsächlichen Reihung zu kommen?

Mit der Anwendung von multikriteriellen Entscheidungsmethoden, kann diese Frage mit „ja“ beantwortet werden. Multikriterielle Entscheidungsmethoden ermöglichen eine Unterstützung von Entscheidungen unter Berücksichtigung unterschiedlicher Kriterien. Die BAW hat die TOPSIS-Methode für die beschriebene Problematik adaptiert und Ansätze der Fuzzy-Methode integriert. Für eine beispielhafte Anwendung wurden drei Kriterien und fünf Bauwerke ausgewählt. Final müssen genau diese Kriterien und ihre Gewichtung intensiv zwischen den Beteiligten diskutiert werden. Zusätzlich ist es möglich, Expertenwissen sehr strukturiert abzufragen und zu verwenden, was von den Workshopteilnehmenden begrüßt wurde. Im Ergebnis entsteht ein transparentes, nachvollziehbares und objektives Informationsmodell zur Entscheidungsunterstützung.

Die unterschiedlichen Aspekte wurden eingehend von den Teilnehmern diskutiert. Da nicht für alle Details gebührend Zeit zur Verfügung stand, soll die Diskussion in einem Folge-Workshop fortgesetzt werden. Für die Forschenden war der Workshop motivierend, denn -wie eingangs ausgeführt- die Anwendung der Forschungsergebnisse ist unser Ziel.

Verfasst von Jörg Bödefeld

Im Referat Infrastrukturmanagement treibt uns die Frage um, wie wir Entscheidungen unterstützen können, die das Wasserstraßennetz als Gesamtes im Auge haben. Dazu benötigen wir Informationen, weshalb wir parallel die Digitalisierung vorantreiben. Aus detaillierten Informationen aggregierte Kennzahlen für Entscheidungsträger zu entwickeln ist dann die spannende Herausforderung.

Handout and invitation to the dialogue on the prequalification of rubber gate systems for the construction of movable weirs

1.       Preface

In the next few years, the Federal Waterways and Shipping Administration (WSV) intends to replace a number of weirs on their waterways. For the movable weirs, a change in the gate system is planned to water-filled rubber gates. The movable weirs on the rivers Neckar, Main and Lahn are already in the planning stage. Three weir spans, each up to 40 m in width, are to be built on the Main river and on the Neckar river. Two weir spans, each between 18 and 25 m, are to be built on the Lahn river. The gate heights vary between 3.50 m and 4.60 m.

For these projects, only water-filled rubber gate systems (combination of membrane and clamping system) may be used which meet the requirements in a prequalification process prior to execution. The construction company is responsible for the selection of a rubber gate system for the project from the listed prequalified rubber gate systems.

Against this background, suppliers of rubber gate systems are requested to participate promptly in a corresponding prequalification procedure for their respective rubber gate systems.

2.    Rules and requirements

A comprehensive guideline for the design, construction and maintenance of rubber gates is currently not available. The Federal Waterways Engineering and Research Institute (BAW), as a higher authority in the portfolio of the Federal Ministry of Digital Affairs and Transport (BMDV) and as consultant and advisor for the WSV, has the goal to develop a Code of Practice comprising five parts on hydraulics, load-bearing capacity, construction materials, construction and commissioning and maintenance. The previously published Part B, which deals with the static design of the membrane, has to be revised and supplemented with information on the verification of the load-bearing capacity of the clamping line construction. Recent investigations show that special attention has to be paid to the interaction between the clamping line and the membrane. Preliminary stages of the individual parts of this Code of Practice are currently being prepared by the BAW in a joint working group with the WSV and other partners, which serve as a basis for the planning and tendering of the upcoming projects on the rivers Main and Neckar.

The relevant membranes are composite materials consisting of an elastomer made of the base polymers EPDM or CR and fabric made of polyester and polyamide. The membrane must meet defined requirements in terms of load-bearing capacity (tensile strength for load transfer from internal pressure, etc.), durability (heat and ozone aeging, etc.), environmental compatibility (release of environmentally dangerous substances), and health and safety.

The membrane must be tightly connected by the clamping lines to the reinforced weir body and the weir piers. This is in order to transfer the water loads and the operating pressure into the weir body. In general, steel rails are used for the tension-resistant connection, into which the membrane is clamped. Common clamping lines are connected to the concrete by anchors. The anchors are prestressed in order to hold the membrane in the line and the line itself on the weir body by means of a frictional connection.

The pretensioning force required for the load-bearing capacity of the structure may be reduced due to the creep of the membrane and if the free elongation length of the tension elements is insufficient. Due to the elastic behavior of the rubber an associated drop in the pretensioning force, displacements and / or twisting of the clamping line can generally occur. This leads to additional bending stresses in the tension elements with a possible overload. Against this background, the functionality of the clamping line must be demonstrated analytically. Furthermore, the interaction with the membrane has to be checked and verified by means of a component test.

3.    Aim of the prequalification

The aim of the prequalification procedure is to provide the verification of applicability of rubber gate systems, each consisting of a specific membrane in conjunction with a specific clamping line, for movable weirs with different heights on federal waterways, prior to the award procedure. This is intended to counter the risk of problems in the verification of applicability of the rubber gate system to be selected by the respective construction company during construction without, however, restricting the market in a way that does not comply with procurement law.

4.    Realisation of the prequalification procedure

Against the background of the projects on the rivers Main, Neckar and Lahn, which are already in the planning stage, the prequalification procedure should take place as soon as possible.

Interested suppliers for a dialogue are requested to contact us promptly. In the dialogue, further information on the prequalification procedure and the criteria will be given.

The prequalification procedure is sponsored by the Federal Waterways and Shipping Administration (WSV) and the Federal Waterways Engineering and Research Institute (BAW). Since the planned weirs are to be used on different sites on the German waterways, the WSV is represented by the General Directorate for Waterways and Shipping (GDWS).

Contact details

GDWS:                                                                            BAW:

Markus Feltgen                                                                 Dr. Amir Rahimi

markus.feltgen@wsv.bund.de                                           amir.rahimi@baw.de

+49 228 7090 5851                                                          +49 721 9726 4385

Informationspapier und Einladung zur Präqualifikation von Schlauchwehrsystemen für den Bau von Schlauchwehranlagen

1.       Hintergrund des Präqualifikationsverfahrens

Die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) beabsichtigt in den nächsten Jahren den Ersatzneubau diverser Wehranlagen an Bundeswasserstraßen mit einem Wechsel des Verschlusssystems hin zu wassergefüllten Schlauchwehren. Konkrete Maßnahmen werden aktuell bereits an den Bundeswasserstraßen Neckar, Main und Lahn geplant. An Main und Neckar sollen Wehre mit drei Wehrfeldern und Öffnungsweiten bis zu 40 m entstehen, an der Lahn Wehranlagen mit zwei Wehrfeldern und Wehrfeldbreiten zwischen 18 bis 25 m. Die Verschlusshöhen variieren zwischen 3,5 m und 4,6 m.

Für die Baumaßnahmen sollen ausschließlich Schlauchwehrsysteme (vom jeweiligen Systemanbieter festzulegende Kombination aus Membran und Klemmschiene) eingesetzt werden dürfen, deren Verwendbarkeit vor der Ausführung durch eine Präqualifikation nachgewiesen worden ist. Die Auswahl des Schlauchwehrsystems für die jeweilige Baumaßnahme aus der Gruppe der präqualifizierten Schlauchwehrsysteme obliegt dem bauausführenden Unternehmen.

Anbieter von Schlauchwehrsystemen werden vor diesem Hintergrund aufgefordert, zeitnah an einem entsprechenden Präqualifikationsverfahren für ihre jeweiligen Schlauchwehrsysteme teilzunehmen.

2.    Regelwerkssituation und Anforderungen

Ein umfassendes Regelwerk für Bemessung, Bau und Unterhaltung von Schlauchwehranlagen ist derzeit nicht vorhanden. Hier hat sich die Bundesanstalt für Wasserbau (BAW) als Oberbehörde im Geschäftsbereich des Bundesministeriums für Digitales und Verkehr (BMDV) und Dienstleister der WSV zum Ziel gesetzt, ein solches Regelwerk in Form eines BAW-Merkblatts mit fünf Teilen zu Hydraulik, Tragfähigkeit, Baustoffe, Ausführung und Unterhaltung zu erarbeiten. Der bisher veröffentlichte Teil B, der sich mit der statischen Bemessung der Membran befasst, soll überarbeitet und mit Angaben zum Nachweis der Tragfähigkeit der Klemmschienenkonstruktion ergänzt werden. Aktuelle Untersuchungen zeigen, dass insbesondere auf die Interaktion zwischen Klemmschiene und Membran ein besonderer Fokus zu legen ist. Vorstufen der einzelnen Merkblattteile werden derzeit von der BAW in einem gemeinsamen Arbeitskreis mit der WSV und weiteren Partnern erarbeitet und sollen als Basis für die Planung und Ausschreibung der unmittelbar anstehenden Baumaßnahmen an Main und Neckar dienen.

Die relevanten Membranen sind Verbundwerkstoffe, bestehend aus einem Elastomer aus den Basispolymeren EPDM oder CR und Gewebe aus Polyester und Polyamid. Die Membran muss definierte Anforderungen hinsichtlich Tragfähigkeit (Zugfestigkeit für den Lastabtrag aus Innendruck etc.), Dauerhaftigkeit (Wärme- und Ozonalterung etc.), Umweltverträglichkeit (Freisetzung umweltbelastender Stoffe) sowie Gesundheits- und Arbeitsschutzes erfüllen.

Die Membran muss mit Hilfe der Klemmschienenkonstruktion zugfest mit der Stahlbetonsohle und den Wehrwangen verbunden werden, um die durch die Stauwirkung und den betriebsbedingten Innendruck auftretenden Lasten über die Wehrsohle in den Baugrund ableiten zu können. Prinzipiell kommen für den zugfesten Anschluss Stahlschienen zur Anwendung, in welche die Membran eingeklemmt wird. Klemmschienen üblicher Bauart werden über einbetonierte Zugelemente mit dem Beton verbunden. Die Zugelemente werden vorgespannt, um über einen Reibschluss die Membran in der Schiene und die Schiene selbst auf der Stahlbetonsohle zu halten.

Durch das vorhandene Kriechvermögen der Membran und bei nicht ausreichend vorhandener freien Dehnlänge der Zugelemente kann die für die Tragfähigkeit der Konstruktion erforderliche Vorspannkraft verloren gehen. Aufgrund des druckweicheren Verhaltens der Membran im Vergleich zu Stahl und eines damit einhergehenden Abfalls der Vorspannkraft können prinzipiell Verschiebungen und/oder Verdrehungen der Klemmschiene entstehen. Dies kann zu zusätzlichen Biegebeanspruchungen in den Zugelementen mit einer möglichen Überlastung führen. Die Funktionsweise der jeweiligen Klemmschienenkonstruktion muss deshalb analytisch dargestellt und das Zusammenwirken mit der Membran mit Hilfe eines Bauteilversuchs überprüft und nachgewiesen werden.

3.    Ziel des Präqualifikationsverfahrens

Das Ziel des Präqualifizierungsverfahrens liegt in einem dem Vergabeverfahren zeitlich vorgelagerte Verwendbarkeitsnachweis von Schlauchwehrsystemen, jeweils bestehend aus einer bestimmten Membran in Verbindung mit einer bestimmten Klemmschiene, für Schlauchwehranlagen mit verschiedenen Verschlusshöhen an Bundeswasserstraßen. Durch diese Präqualifizierung soll dem Risiko von Problemen beim Nachweis der Verwendbarkeit des von der jeweiligen bauausführenden Firmen auszuwählendem Schlauchwehrsystems während der Bauausführung begegnet werden, ohne dass jedoch der Markt in nicht vergaberechtskonformer Weise eingeschränkt wird.

4.    Durchführung des Präqualifizierungsverfahrens

Aufgrund der sich bereits in der Planung befindlichen Projekte an Main, Neckar und Lahn soll parallel zur Planung schnellstmöglich mit dem Präqualifizierungsverfahren für Schlauchwehrsysteme begonnen werden.

Interessierte Systemanbieter werden daher ab sofort um Kontaktaufnahme zwecks eines Gesprächs gebeten, in dem bilateral im Detail über das Präqualifizierungsverfahren sowie den Anforderungskatalog informiert wird.

Träger des Präqualifikationsverfahrens sind die Wasserstraßen- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes (WSV) und die Bundesanstalt für Wasserbau (BAW). Da die geplanten Schlauchwehranlagen im gesamten Bundesgebiet zum Einsatz kommen sollen, wird die WSV in diesem Verfahren durch die Generaldirektion Wasserstraßen- und Schifffahrt (GDWS) vertreten.

Kontaktdaten:

GDWS:                                                                            BAW:

Markus Feltgen                                                                 Dr.-Ing. Amir Rahimi

markus.feltgen@wsv.bund.de                                          amir.rahimi@baw.de

+49 228 7090 5851                                                          +49 721 9726 4385

Matratzen für Moldau

Sammelaktion an der BAW Hamburg zur Unterstützung von Flüchtenden

Irgendwann war klar: wir benötigen ein großes Fahrzeug. BAW-gemäß wäre natürlich ein Schiff das Transportmittel der Wahl, aber die Republik Moldau ist zurzeit besonders schlecht und auch ansonsten eher kompliziert per Schiff zu erreichen. Daher wurde es doch ein großer Sattelschlepper, der sich schließlich voller Betten, Matratzen, Bettzeug und weiterer Haushaltsausstattung von der BAW in Hamburg auf den Weg nach Chisinau, in die Hauptstadt der Republik Moldau, machte.

Links: Der beladene LKW verlässt den Parkplatz der BAW. Rechts: Der LKW wird beladen.

Aufgrund persönlicher Kontakte wussten wir von einer deutsch-moldauischen Initiative, die derzeit leerstehende Häuser in einigen Dörfern der Republik Moldau (in Deutschland auch bekannt als Moldawien) für flüchtende Familien aus der Ukraine bewohnbar macht. Diese Initiative sucht unter anderem Sachspenden zum Einrichten der Häuser.

Aus einer fixen Idee wurde mit viel Hilfe und einer gewissen Portion blinder Zuversicht ein Baustein zur Unterstützung dieser Initiative: temporär war Platz in der alten Vortragshalle der BAW am Standort Hamburg. Ausschließlich über persönliche Netzwerke verteilten wir die Info, dass wir zu bestimmten Zeitfenstern die benötigten Hilfsgüter annehmen. Und dann kamen: vollgestopfte Autos, geliehene Kleinbusse, Fahrräder mit einem Schlafsack auf dem Gepäckträger; ein Cabrio, aus dem hinter jedem freien Sitz eine Matratze herausragte; eine Frau, die in jedes Set Bettwäsche noch eine Tafel Schokolade gesteckt hatte; das Hotel von gegenüber, das seinen Besprechungsraum neu bestuhlt und jede Menge gut erhaltene Stühle übrig hatte.

Links: Annahme der Sachspenden. Mitte: Sortierung der Spenden. Rechts: Halle 7 während des letzten Annahmezeitfesters.

Mit vielen Händen nahmen wir die Dinge an, sortierten sie, packten sie transportierbar zusammen und beschrifteten sie dreisprachig. Ein paar Tage später rangierte der russisch sprechendem Fahrer den in der Ukraine zugelassenen LKW einer moldauischen Spedition vorsichtig vor die Halle. Und zwei Stunden später wussten wir: wer so gut packt, hätte auch noch Platz für ein paar Matratzen mehr!

Bei Sonnenuntergang fuhr der beladene LKW vom Hof der BAW, zunächst zum Zollamt nach Hamburg und dann weiter, auf die weite Fahrt nach Moldau. Wir, die wir vor Ort blieben, blickten mit gemischten Gefühlen unserer Lastwagenladung guter Hoffnung hinterher.

Dieses DANKE geht an all die, die mit ihren Spenden und ihrer Freizeit, ihrem Engagement, ihrem Spaß und ihren verborgenen Fähigkeiten beteiligt waren: die am-Wochenende-die-Schrauben-fürs-Kinderbett-Suchenden,  die Kofferraum-Auslader, Matratzenträgerinnen, Kleinbusfahrer, Flyerbastlerinnen, Verkehrslenkende, Lattenrostträger, Schlafsacklieferantinnen, den-russisch-sprechenden-LKW-Fahrer-Übersetzter, Kabelbinderfestzieherinnen, Kistenheber, Bettwäsche-Vorbeibringer, Fotografen, Listenführerinnen und natürlich die falls-ihr-noch-wen-braucht-Bereitstehenden.

Links: Ein Blick ins Innere des LKWs zu Beginn der Beladung. Rechts: Gruppenbild vor dem letzten Drittel des Beladens.

PIANC-Bericht zu „Smart Shipping on Inland Waterways“ veröffentlicht

PIANC (Permanent International Association of Navigation Congresses) wurde 1885 gegründet und ist ein weltweit tätiger Verband, der Orientierungshilfen und technische Beratung für eine nachhaltige Verkehrsinfrastruktur auf dem Wasser bietet. Eine der großen Herausforderungen des 21. Jahrhunderts in diesem Bereich ist die Digitalisierung, die zukünftig einen bedeutenden Einfluss auf die Wettbewerbsfähigkeit der Binnenschifffahrt haben wird. Diesem Thema hat sich die PIANC-Arbeitsgruppe 210 „Smart Shipping on Inland Waterways“ angenommen und kürzlich einen Bericht über aktuelle und zukünftige Entwicklungen im Bereich der automatisierten und autonomen Schifffahrt („Smart Shipping“) auf Binnenwasserstraßen veröffentlicht.

Titelbild des Berichts
PIANC-Bericht der Arbeitsgruppe 210: Smart Shipping on Inland Waterways (2022)

Der Bericht konzentriert sich u. a. auf die Interaktion zwischen automatisierten oder autonomen Schiffen und der genutzten Infrastruktur. Außerdem wurde die Rolle von zuständigen Behörden und rechtlichen Vorschriften im Hinblick auf den Praxiseinsatz selbstfahrender Schiffe beleuchtet. Durch eine Analyse der jüngsten Forschungs- und Entwicklungsarbeiten im Bereich „Smart Shipping“ wurden potentielle Hindernisse für eine weitergehende Etablierung neuer Entwicklungen identifiziert und Lösungsvorschläge erarbeitet.

Schwerpunkte des Berichts sind u. a.:

  • Benötigte Datengrundlage, Datenqualität und Datenverfügbarkeit
  • Auswirkungen einer zunehmenden Automatisierung der Binnenschifffahrt auf die physische und digitale Infrastruktur
  • Anforderungen eines hybriden oder autonomen Schiffsverkehrs an von Wasserstraßenverwaltungen angebotene Dienstleistungen
  • Auswirkungen von „Smart Shipping“ hinsichtlich rechtlicher Vorschriften, Haftung und Umwelt
  • Handlungsempfehlungen für Wasserstraßenverwaltungen zur Gewährleistung einer sicheren, effizienten und nachhaltigen Nutzung der Wasserstraßen durch automatisierte oder autonome Schiffe

Weitere Informationen finden sich auf der PIANC-Webseite unter:

https://www.pianc.org/publications/inland-navigation-commission/wg210

Neues E-Learning Angebot Fischaufstiegsanlagen

Auf IZW Campus wurde ein neues E-Learning Angebot zum Thema Bemessung der Leitströmung von Fischaufstiegsanlagen freigegeben.

Die Referate W1 der BAW und U4 der Bundesanstalt für Gewässerkunde beraten die Wasserstraßen- und Schiffahrtsverwaltung des Bundes bei fachlichen Themen rund um die Wiederherstellung der ökologischen Durchgängigkeit. Die an Bundeswasserstraßen vorhandenen Wehre, Wasserkraftanlagen und Schleusen sind für Fische meist unüberwindbar und somit können sie ihre natürlichen Wanderbewegungen in den Gewässern nicht mehr duchführen. Eine Möglichkeit, den Fischaufstieg unter Beibehaltung der genannten Infrastruktur wieder zu ermöglichen, sind Fischaufstiegsanlagen (oder landläufig: Fischtreppen), mit denen eine Verbindung zwischen Unter- und Oberwasser geschaffen wird. Fischaufstiegsanlagen sind aufgrund des beschränkten zur Verfügung stehenden Platzes jedoch häufig relativ klein im Vergleich zur gesamten Staustufe. Daher muss der Einstieg durch eine geeignete Leitströmung angezeigt werden, um für Fische auffindbar zu sein.

Genau hierum geht es im E-Learning Angebot: die Bemessung einer ausreichend großen Leitströmung an Standorten mit Wasserkraftanlagen. Die fachlichen Grundlagen wurden bereits 2019 in einer BAWEmpfehlung sowie kürzlich in einer Reihe von Fachpublikationen (siehe BAWiki zur ökologischen Durchgängigkeit unter Publikationen) veröffentlicht. Im E-Learning Angebot wird der Inhalt der BAWEmpfehlung sowie zusätzliche Informationen in drei aufeinander aufbauenden Kapiteln vermittelt. Dazu dienen unter anderem interaktive Abbildungen, Lernvideos und Planungsbeispiele.

Interaktive Abbildungen
Lernvideos
Planungsbeispiele

Mit dem Angebot sollen WSV, Fachplaner und Interessierte weitere Hintergrundinformationen über die Bemessung erhalten, sowie in der Anwendung der Bemessungsempfehlung unterstützt werden. Ein Forum für Fragen und Antworten rundet das Angebot ab.

Verfasst von Patrick Heneka

Ich bin wissenschaftlicher Mitarbeiter im Referat Wasserstraße und Umwelt (W1). Meine Arbeitsschwerpunkte sind u.a. die Beratung der WSV bei der Planung von Fischaufstiegsanlagen und die Durchführung von experimentellen Untersuchungen im Wasserbaulabor.

Der Datenkatalog Homogenbereiche für BIM-Projekte

Mit Einführung durch den Stufenplan Digitales Planen und Bauen des BMVI von 2015 wird zukünftig die Anwendung der Methode des Building Information Modeling (BIM) für öffentliche Auftraggeber im Verantwortungsbereich des Bundesministeriums für Digitales und Verkehr (BMDV) für neue Infrastrukturprojekte vorgeschrieben. BIM betrifft dabei sämtliche Planungsaspekte von der Grundlagenermittlung bis zur Fertigstellung und dem anschließenden Betrieb und beinhaltet damit auch ein digitales, dreidimensionales Modell des Baugrundes, das Fachmodell Baugrund.

Dieses Fachmodell Baugrund ist die Grundlage für weitere Planungen mit BIM bspw. für die Bauwerke des Spezialtiefbaus oder des Ingenieurbaus. Die Methode BIM sieht dabei vor, dass alle Projektbeteiligten gemeinsam in einem Gesamtmodell arbeiten, welches alle Aspekte eines Projektes enthält. Dieses Gesamtmodell vernetzt alle gewerkspezifischen Fachmodelle.

Bild: Einbettung des Fachmodells Baugrund im Gesamtmodell (Quelle: https://doi.org/10.1002/gete.202000040)

Diese kollaborative Arbeitsweise in einem Gesamtmodell stellt eine hohe Herausforderung für die softwaretechnische und datentechnische Umsetzung dar.

Derzeit ist bereits eine rein geometrische Abbildung des Baugrundes und des Ingenieurbaus mit vielen in der Fachwelt verbreiteten Softwareapplikationen praktikabel möglich. Auch die Übergabe der Geometrie zwischen unterschiedlichen Softwareapplikationen und eine Zusammenschau unterschiedlicher geometrischer Modelle ist bereits gut umsetzbar.

Bild: Baugrundschichtenmodell mit digitalem Geländemodell, Aufschlüssen und Bauwerk (Screenshot aus Leapfrog Works) (Quelle: https://doi.org/10.1002/gete.202000027)

Dagegen bereitet die Übergabe von sematischen (also beschreibenden) Informationen derzeit noch viele Probleme. Und gerade anhand der Möglichkeiten der automatisierten Weiterverarbeitung von semantischen Informationen wird sich der Erfolg bei der Umsetzung von BIM entscheiden. Damit eine solche automatisierte Weiterverarbeitung von Informationen erfolgen kann, sind Datenbanklösungen erforderlich. Einhergehend mit Datenbanklösungen ist die Erfordernis einer Standardisierung der zu übergebenden Informationen. Damit also die Planung einer Baugrube oder die Planung eines Wasserbauwerks die Informationen der Geotechnik im Fachmodell Baugund automatisiert weiterverareiten kann, muss die „Sprache“ der Informationen eindeutig geregelt sein.

Als einfaches Beispiel sei die Angabe der Feuchdichte eines Bodens durch die Geotechnik genannt. Für Fragestellungen der gerätetechnischen Behandlung des Baugrundes gibt die Geotechnik auf Grundlage der VOB Teil C (Homogenbereiche) die Feuchtdichte in Form einer Bandbreit an. In Verknüfung mit dem Fachmodell der geplanten Baugrube des Spezialtiefbaus kann mittels des auszuhebenden Volumens und der Feuchtdichte des Bodens eine Massenermittlung erfolgen, die dann in Verknüfung mit Aufwandswerten eine Kosten- und Terminplanungen der Baumaßnahme ermöglicht.

Damit die IT-Lösungen zur Massenermittung und Kosten- und Terminplanungen die Werte der Feuchtdichte stets automatisiert verarbeiten können, muss dieser Wert standardisiert werden, d. h. der Wert ist stets bspw. mit der Einheit „g/cm³“ in einer Bandbreite (Maximalwert und Minimalwert) anzugeben und heißt immer „Feuchtdichte“. Alternative Angaben, z. B. in einer anderen Einheit, sind nicht zulässig, da sonst die automatisierte Weiterverarbeitung nicht möglich ist.

Bevor BIM also eine breite Anwendung finden kann, sind die Voraussetzungen in Form einer Standardisierung von Fachinformationen zu erarbeiten. Dies sollte schrittweise erfolgen einhergehend mit der technischen Entwicklung von Datenbanklösungen und Möglichkeiten des Datenaustauschs. Neue standardisierte Themenkomplexe sollten anhand von Referenzprojekten hinsichtlich der Umsetzbarkeit und einer ausreichenden fachlichen Qualität und Quantität getestet werden.

Um den Weg der Standardisierung aufzuzeigen, wurde der Datenkatalog Homogenbereiche als Tabellendatei erarbeitet. Dieser zeigt für einen abgeschlossenen Aspekt der Geotechnik, die Homogenbereiche nach VOB Teil C, wie eine Standardisierung von komplexen geotechnischen Informationen erfolgen kann. Dem Datenkatalog Homogenbereiche liegt ein modularer Aufbau zugrunde, sodass Ergänzungen z. B. nach dem Erscheinen neuer Normen, leicht möglich sind. Eine Kurzbeschreibung des Datenkatalogs findet sich im BAWBrief 01/2022 (Link: https://www.baw.de/DE/service_wissen/publikationen/bawbriefe/bawbriefe.html). Der Datenkatalog selbst als Tabellendatei sowie eine umfassende Beschreibung zum Aufbau sind auf der Homepage https://izw-campus.baw.de in der Rubrik Geotechnik/Building Information Modelling (BIM) öffentlich abrufbar (https://izw-campus.baw.de/goto.php?target=cat_3617&client_id=iliasclient).

Die im Datenkatalog Homogenbereiche standardisierten Eigenschaften und Kennwerte für Bauleistungen nach VOB/C können als Grundlage der Attributierung von Homogenbereichen des Fachmodells Baugrund dienen. Jedoch dient der Datenkatalog Homogenbereiche nicht der unmittelbaren Datenspeicherung, d. h. der festgestellte Wert (z. B. der Feuchtdichte mit dem Minimal- und Maximalwert 1,700 g/cm³ bzw. 1,900 g/cm³) wird nicht im Datenkatalog selbst gespeichert. Vielmehr gibt der Datenkatalog Homogenbereiche vor, welche Eigenschaften und Kennwerte im Zusammenhang mit bestimmten Bauleistungen nach VOB/C erforderlich sind und wie diese Informationen strukturiert und computerinterpretierbar gespeichert werden können.

Da der Datenkatalog Homogenbereiche ein recht hohes Abstraktionsniveau besitzt, ist dieser derzeit nur mit hohem Aufwand in die eigentliche Projektarbeit überführbar. Daher empfiehlt es sich, als Hilfsmittel für die Umsetzung des Datenkatalogs Homogenbereiche, eine projektübergreifende Datenbank Homogenbereiche zu erstellen. Dies wäre der nächste zu erarbeitende Schritt zur Umsetzung der standardisierten Fachinformationen in BIM-Projekten.

‚HUET‘ – Unterwasser-Abenteuer in Cuxhaven

Hinter der Abkürzung HUET verbirgt sich das „Helicopter Underwater Escape Training“.
Wir vier Mitarbeitende der BAW aus dem Bereich Geotechnik, einer sonst sehr erdverbundenen Disziplin des Bauingenieurwesens, sollten im Offshore Safety-Trainingscenter Cuxhaven lernen, wie man sich in Notsituationen aus einem Helikopter (hoffentlich) retten kann.

Nach einem Theorie-Teil am Vormittag ging es mit Pommes im Bauch über zum Praxis-Teil. Netterweise fand dieser in einem Schwimmbecken statt und nicht in der kalten Nordsee. Wir haben dennoch sogenannte Arbeitsüberlebensanzüge angezogen, bevor wir im Becken dann den Umgang mit einem Notatemsystem (CAEBS – „Compressed Air Emergency Breathing System“) geübt haben. Unsere Ausrüstung sah folgendermaßen aus:

links Arbeitsüberlebensanzug mit Schwimmweste, rechts CAEBS (Bildquelle)

Nach einigen Vorübungen, stets angefeuert durch ein motivierendes „Atme, atme, atme!“ unseres Trainers, kam der unter der Schwimmbadhalle schwebende Helikopter-Dummy zum Einsatz. Unsere Aufgabe war es nun, in 4 Übungen mit steigendem Schwierigkeitsgrad uns jeweils von unseren Sitzen loszuschnallen und aus dem Helikopter zu entkommen (im Bild unten skizziert).

Die vier verschiedenen Situationen, in denen wir uns aus dem Helikopter retten sollten

Am Anfang war es noch einfach: Tür aufziehen, Rettungsinsel hinausschmeißen und hinterherspringen, bevor der Helikopter unter Wasser ist.
Ab der zweiten Übung kam dann das Atemsystem zum Einsatz. Zunächst wurde der Dummy gerade heruntergelassen, kurz vor der Wasseroberfläche wurden die Fenster und Türen geöffnet, sodass wir anschließend unter Wasser ohne Hindernis hinaustauchen konnten.
In der dritten Übung wurde der Helikopter-Dummy zunächst mit uns versenkt und dann um 180° gedreht. Das war der Moment, in dem wir alle verstanden, warum die Trainer uns zuvor Anweisungen gegeben haben wie „greif zu deinem Fuß“ und nicht „greif nach unten“.
Vor der letzten Übung wurden die Fenster- und Türöffnungen wieder verschlossen und wir mussten sie unter Wasser auf dem Kopf stehend öffnen, bevor wir in Richtung rettender Wasseroberfläche schwimmen konnten. Ziemlich k. o. und glücklich, die Übungen gemeistert zu haben, gab es dann noch ein Abschieds-Gruppenbild vor dem Helikopter-Dummy:

Doch was war der Grund für unser Unterwasser-Abenteuer während der Arbeitszeit?

Seit 2 Jahren erkundet das Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie (BSH) Flächen in der Nord- und Ostsee, auf denen anschließend offshore-Windparks gebaut werden sollen. Wer auf diesen Flächen die Windenergie nutzen darf, wird in einer Auktion der Bundesnetzagentur festgelegt. Und damit die Bietenden ihre Kosten für den Windparkbau abschätzen können, wird zuvor ein umfangreiches Informationspaket geschnürt und öffentlich zur Verfügung gestellt (https://pinta.bsh.de/).

Neben Untersuchungen zur Tier- und Pflanzenwelt, sowie den Windverhältnissen auf der Fläche, spielen Informationen über den Baugrund eine tragende Rolle. Wenn dazu Bohrungen und Drucksondierungen bis in eine Tiefe von 80 m durchgeführt werden, sind „offshore client representatives“ für das BSH an Bord der Bohrschiffe. Diese Aufgabe teilen sich Mitarbeitende des BSH, des Ingenieurbüros Ramboll sowie der BAW. Im 2 x 12-Stunden-Schichtbetrieb begleiten und überwachen wir die Arbeiten auf dem Schiff, nach 2 Wochen werden wir dann abgelöst. Damit für diesen Personalwechsel das Bohrschiff seine Arbeit nicht unterbrechen und zurück in den Hafen fahren muss, ist der Transport via Helikopter vorgesehen. Auf der folgenden Karte kann man erkennen, dass der Weg zurück an Land kein Katzensprung ist: die Fläche N-9, die dieses Jahr untersucht wird, liegt mehr als 100 km von der Küste entfernt.

Mit einem roten Punkt an Land markiert: ein möglicher Abflugort des Helikopters: Eemshaven in den Niederlanden; rot umkringelt: Fläche N-9 (Bildquelle)

Wo die BAW im Bereich offshore noch aktiv ist, kann im neusten BAW Geschäftsbericht nachgelesen werden.

IZW-Campus: Mit neuem Design ins neue Jahr

Vielleicht ist es Ihnen schon aufgefallen, seit dem Jahreswechsel erstrahlt IZW-Campus in einem rundum erneuerten Design.

Inhaltlich gibt es keine Veränderungen in IZW-Campus. Wie gewohnt finden Sie über die Magazin-Einstiegsseite die Inhalte in der bekannten fachlichen Struktur oder über die alphabetische Liste.

Jedoch gab es die folgenden Änderungen im Aussehen:

  • Login-Seite: Sie erscheint nun in einem frischen blauen Design. Wie gewohnt können Sie sich hier einloggen und die umfassenden Wissensangebote von IZW-Campus nutzen oder aber Sie biegen ab in den öffentlichen Bereich.
  • Hauptmenü: Hier gab es die größte Umstellung. Das Hauptmenü ist nun senkrecht am linken Bildschirmrand. Ihren persönlichen Schreibtisch finden Sie nun unter der Kachel Dashboard. Über die zweite Kachel Magazin finden Sie immer wieder zur Magazin-Einstiegsseite zurück.

Zudem können über die Suche in der oberen rechten Ecke des Bildschirms direkt Wissensangebote aufgerufen werden. In diesem Bereich finden Sie zusätzlich weiterhin Ihr persönliches Profil, können die Einstellungen ändern und sich aus IZW-Campus aus- und einloggen.


Virtuelle Veranstaltungen und neue Inhalte

Im letzten Jahr hat sich im Bereich der Formate, die wir auf IZW-Campus anbieten, richtig was bewegt: Rund 2500 Gäste aus der WSV und externem Fachpublikum durften wir bei unseren neu entwickelten virtuellen Veranstaltungsformaten begrüßen. Neben digitalen Aussprachetagen (Beispiele finden Sie hier und hier) haben wir auch Kolloquien komplett digital anbieten können. Außerdem haben wir im Dezember mit der Gesamtzahl unserer Angebote die 100er Marke geknackt! Im vergangenen Jahr wurde IZW-Campus rund 22.000 mal besucht und zudem ausgewählte Angebote erstmals auch öffentlich zugänglich gemacht (zum Beispiel hier und hier).


IZW-Campus Newsletter

Künftig möchten wir Sie zudem über neue Wissensangebote, Schulungen und virtuelle Veranstaltungen in IZW-Campus in einem eigenen Newsletter informieren. Dabei werden wir Sie etwa alle sechs bis acht Wochen über neue Inhalte in IZW-Campus auf dem Laufenden halten.

Sie haben bereits jetzt die Möglichkeit, sich über das IZW-Portal für den IZW-Campus-Newsletter zu registrieren: https://izw.baw.de/wsv/newsletter

Verfasst von Laura Beuter

Als Teil des IZW-Teams kümmere ich mich um alle Themen rund um E-Learning und IZW-Campus.